一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，属于功能材料技术领域。本发明专利技术将碳纳米纤维，聚醚酰亚胺，三氯甲烷，混合水浴超声，接着滴加乙醇，搅拌混合，接着真空抽滤，干燥，即得改性碳纳米纤维；将改性碳纳米管混合料，水性环氧树脂，水，蛋白质，蛋白酶，改性添加料，乳化剂，有机碱混合超声，接着加入氨水，搅拌混合，随后加入异氰酸酯，减压蒸馏，升温反应，即得混合浆料；将上述所得混合浆料和改性碳纳米纤维混合球磨，升温，研磨，接着加入水性环氧固化剂，继续混合球磨，即得改性碳纳米管环氧树脂基复合材料。本发明专利技术提供的改性碳纳米管环氧树脂基复合材料具有优异的力学性能。

A Modified Carbon Nanotubes Epoxy Resin Matrix Composite

The invention discloses a modified carbon nanotubes epoxy resin matrix composite material, which belongs to the technical field of functional materials. In the invention, carbon nanofibers, polyetherimide, trichloromethane, mixed water-bath ultrasound, then dripping ethanol, mixing, vacuum filtration and drying are used to obtain modified carbon nanofibers; modified carbon nanotubes mixture, water-borne epoxy resin, water, protein, protease, modified additives, emulsifier, organic alkali are mixed with ultrasound, followed by adding ammonia water, mixing and mixing. Mixed slurry can be obtained by adding isocyanate, vacuum distillation and heating reaction. Modified carbon nanotube epoxy resin matrix composites can be obtained by mixing the above-mentioned mixed slurry and modified carbon nanofibers with ball milling, heating and grinding, and then adding water-borne epoxy curing agent to continue ball milling. The modified carbon nanotubes epoxy resin matrix composite provided by the invention has excellent mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料
本专利技术公开了一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，属于功能材料

技术介绍
碳纳米管作为一维碳纳米材料，重量轻，六边形结构完美，具有许多优异的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广泛的用途也不断地被发掘出来。碳纳米管具有优异的力学性能以及巨大的长径比，是一种理想的纤维材料，它的性能优于当前的任何纤维，既具有碳纤维的固有性质，又具有金属材料的导电导热性，陶瓷材料的耐热耐蚀性，纺织纤维的柔软可编性，是一种一材多能和一材多用的功能材料和结构材料，可望应用于材料领域的多个方面。碳纳米管在某种意义上可以说是一种高分子材料，它拥有一些类似高分子的结构，一些高分子材料可通过局部嵌入碳纳米管而形成结合较紧密，界面不明显的复合材料，从而大幅度提高聚合物基体的力学性能。碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象，使碳纳米管表现出许多优异的物理化学性质。碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。研究者在碳纳米管的制备、碳纳米管的电子结构性能以及其在微电子器件的应用上已经做了大量工作。碳纳米管的制备方法有很多，包括电弧放电法，激光烧蚀法，浮游催化法，化学气相沉积法，离子或激光溅射法，集合反应合成等等。其中化学气相沉积法以合成温度低，工艺设备简单、成本低，产量高等特点被广泛用于批量生产。同大多数碳材料一样，碳纳米管也可以应用于复合材料添加剂，来提高复合材料的综合性能。目前，已有不少关于用碳纳米管改性环氧树脂复合体系的报道。剑桥大学的Sandler等采用模板法制备的定向阵列碳纳米管填充环氧树脂，制备了具有很好抗静电效果的复合材料。Wang等研究了胺基改性碳纳米管对环氧树脂纳米复合材料的性能影响，结果表明：改性的碳纳米管与环氧树脂基体有较好的相容性，在基体中得较好分散，明显提高了复合体系的力学、光学和热稳定性。Florian等对不同种类碳纳米管填充环氧树脂基复合材料的导电导热性能进行了系统研究。结果发现，三种碳纳米管复合材料的渗滤阈值都低于0.1wt%，而碳黑要达到相同值的含量则为0.75wt%；氨基功能后，复合材料电导率有很大程度的降低；复合材料的热导性没有得到很大改善且受含量的影响不大。Bai等在制备多壁碳纳米管与环氧树脂复合材料时发现，当纳米管的长度1μm提高到50μm时，阈值降低了8倍。改善纳米管在聚合物基体中分散时能增加其长径比，因而具有更低的阈值。目前传统的碳纳米管环氧树脂基复合材料，由于内部填充的碳纳米材料分布不均，导致了产品力学性能不佳，因此还需对其进行研究。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统碳纳米管环氧树脂基复合材料，由于内部填充的碳纳米材料分布不均，导致产品力学性能不佳的问题，提供了一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，是由以下重量份数的原料组成：40～50份改性碳纳米纤维，10～20份改性碳纳米管混合料，100～120份水性环氧树脂，300～500份水，3～5份蛋白质，0.3～0.5份蛋白酶，10～20份改性添加料，10～20份水性环氧固化剂，5～8份氨水，3～5份异氰酸酯，2～3份乳化剂，2～3份有机碱；所述改性碳纳米管环氧树脂基复合材料的制备步骤为：（1）按原料组成称量各原料；（2）将改性碳纳米管混合料，水性环氧树脂，水，蛋白质，蛋白酶，改性添加料，乳化剂，有机碱混合超声，接着加入氨水，搅拌混合，随后加入异氰酸酯，减压蒸馏，升温反应，即得混合浆料；（3）将上述所得混合浆料和改性碳纳米纤维混合球磨，升温，研磨，接着加入水性环氧固化剂，继续混合球磨，即得改性碳纳米管环氧树脂基复合材料。所述改性碳纳米纤维的制备过程为：按重量份数计，将1～2份碳纳米纤维，20～30份聚醚酰亚胺，100～200份三氯甲烷，混合水浴超声，接着滴加三氯甲烷体积0.2～0.3倍的乙醇，搅拌混合，接着真空抽滤，干燥，即得改性碳纳米纤维。所述水性环氧树脂为水性环氧树脂H190，水性环氧树脂H145或水性环氧树脂H1150中的任意一种。所述改性碳纳米管混合料的制备过程为：将氧化石墨烯与水按质量比1：20～1：30混合超声，接着加入氧化石墨烯质量0.5～0.8倍的多臂碳纳米管混合超声，随后加入氧化石墨烯质量0.1～0.2倍的乙二胺和氧化石墨烯质量0.03～0.05倍的氨水，加热搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，即得改性碳纳米管混合料。所述蛋白质为酪蛋白，乳白蛋白，卵白蛋白，卵磷蛋白，大豆蛋白或麦谷蛋白中的任意一种。所述改性添加料的制备过程为：将稻壳纤维粉碎，过120目的筛，得细化稻壳纤维，按重量份数计，将20～30份细化稻壳纤维，3～5份二沉池污泥，2～3份蔗糖，30～40份水混合发酵，接着加入氯化铁溶液，接着加入氢氧化钠溶液调节pH至8.1～8.3，搅拌混合，过滤，洗涤，干燥，保温炭化，即得改性添加料。所述水性环氧固化剂为水性环氧固化剂H201B，水性环氧固化剂H205B或水性环氧固化剂H202B中的任意一种。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。所述乳化剂为十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠，十二烷基硫酸铵，十二烷基硫酸铵，椰子酰甲基牛磺酸钠，月桂醇聚氧乙烯醚羧酸钠或十二烷基磷酸酯中的任意一种。所述有机碱为乙二胺，四亚甲基二胺，六亚甲基二胺或十二亚甲基二胺中的任意一种。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术通过添加改性碳纳米管混合料，蛋白质和蛋白酶，在制备过程中，首先，将多壁碳纳米管与乙二胺混合反应，在此过程中，由于多壁碳纳米管表面含有大量的羧基，能够与乙二胺分子链上的氨基反应，使得氨基接枝到碳纳米管表面，接着通过加入氨水，氨水可使氧化石墨烯边沿上的羧基离子化，使得氧化石墨烯带负电荷，由于同种电荷相互排斥，使得氧化石墨烯能够良好的分散在体系中，从而使得改性碳纳米管混合料能够良好的分散在体系中，产品固化后，使得产品的受力均匀，避免集中用力对体系造成破坏，从而使得体系的力学性能得到提升，在使用过程中，体系中的蛋白质在蛋白酶的作用下，使体系中的蛋白质水解成为小分子氨基酸，氨基酸具有良好的吸附性能，故而氨基酸能够吸附在改性碳纳米纤维表面，氨基酸在碱性条件下其分子结构中的羧基离子化，从而因为带有同种电荷而相互排斥，使改性碳纳米纤维得以良好分散，避免在制备过程中发生团聚，使得改性碳纳米纤维的分散性能得到提升，基体树脂固化后，当受到外力时，体系中的均匀分散的改性碳纳米纤维能够均匀分散体系中的受力，避免受力集中造成对产品的伤害，从而使得体系的力学性能得到提升；（2）本专利技术通过添加异氰酸酯，在使用过程中，异氰酸酯与水反应，生成二氧化碳和胺类物质，生成的二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：40～50份改性碳纳米纤维，10～20份改性碳纳米管混合料，100～120份水性环氧树脂，300～500份水，3～5份蛋白质，0.3～0.5份蛋白酶，10～20份改性添加料，10～20份水性环氧固化剂，5～8份氨水，3～5份异氰酸酯，2～3份乳化剂，2～3份有机碱；所述改性碳纳米管环氧树脂基复合材料的制备步骤为：（1）按原料组成称量各原料；（2）将改性碳纳米管混合料，水性环氧树脂，水，蛋白质，蛋白酶，改性添加料，乳化剂，有机碱混合超声，接着加入氨水，搅拌混合，随后加入异氰酸酯，减压蒸馏，升温反应，即得混合浆料；（3）将上述所得混合浆料和改性碳纳米纤维混合球磨，升温，研磨，接着加入水性环氧固化剂，继续混合球磨，即得改性碳纳米管环氧树脂基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：40～50份改性碳纳米纤维，10～20份改性碳纳米管混合料，100～120份水性环氧树脂，300～500份水，3～5份蛋白质，0.3～0.5份蛋白酶，10～20份改性添加料，10～20份水性环氧固化剂，5～8份氨水，3～5份异氰酸酯，2～3份乳化剂，2～3份有机碱；所述改性碳纳米管环氧树脂基复合材料的制备步骤为：（1）按原料组成称量各原料；（2）将改性碳纳米管混合料，水性环氧树脂，水，蛋白质，蛋白酶，改性添加料，乳化剂，有机碱混合超声，接着加入氨水，搅拌混合，随后加入异氰酸酯，减压蒸馏，升温反应，即得混合浆料；（3）将上述所得混合浆料和改性碳纳米纤维混合球磨，升温，研磨，接着加入水性环氧固化剂，继续混合球磨，即得改性碳纳米管环氧树脂基复合材料。2.根据权利要求1所述一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，其特征在于：所述改性碳纳米纤维的制备过程为：按重量份数计，将1～2份碳纳米纤维，20～30份聚醚酰亚胺，100～200份三氯甲烷，混合水浴超声，接着滴加三氯甲烷体积0.2～0.3倍的乙醇，搅拌混合，接着真空抽滤，干燥，即得改性碳纳米纤维。3.根据权利要求1所述一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，其特征在于：所述水性环氧树脂为水性环氧树脂H190，水性环氧树脂H145或水性环氧树脂H1150中的任意一种。4.根据权利要求1所述一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，其特征在于：所述改性碳纳米管混合料的制备过程为：将氧化石墨烯与水按质量比1：20～1：30混合超声，接着加入氧化石墨烯质量0.5～0....

【专利技术属性】
技术研发人员：雷四清，
申请(专利权)人：雷四清，
类型：发明
国别省市：湖南,43